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UNESP - Universidade Estadual Paulista - Júlio de Mesquita Filho

Campus de Rio Claro

IGCE – Instituto de Geociências e Ciências Exatas

A Importância do Balanço de Radiação para os Seres Vivos

Disciplina: Bioclimatologia

Docente Responsável:

Profª. Drª. Maria Juracy Zeni dos Santos

Alunos:

Anderson Fernando Guarda

Gilvan Charles Cerqueira de Araújo

Jaime Lopes Batista

Ronaldo Gentil

Silas Nogueira de Melo

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A Importância do Balanço de Radiação para os Seres Vivos

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ÍNDICE GERAL

1. Introdução .......................................................................................................................... 5

2. Resgate dos conceitos principais que norteiam o tema ...................................................... 5

2.1 Radiação Solar ............................................................................................................ 5

2.2 Albedo ......................................................................................................................... 8

2.2.1 Fatores que influenciam o albedo da Terra ........................................................... 8

2.3 Insolação Solar ............................................................................................................ 9

3. O Balanço de Radiação Solar ............................................................................................ 9

3.1 Introdução e Definições ............................................................................................... 9

3.2 Radiação Solar e Terrestre ........................................................................................ 10

3.3 Processos que Atenuam a Entrada de Radiação Solar na Superfície Terrestre ......... 11

3.4 Instrumentos que Medem a Radiação Solar .............................................................. 12

4. O efeito estufa .................................................................................................................. 13

4.1 Balanço de energia .................................................................................................... 14

4.2 Conseqüências do aumento do efeito estufa ............................................................. 15

5. A Importância do Balanço de Radiação para os seres vivos ............................................ 16

5.1 Radiação Solar e Plantas ........................................................................................... 16

5.1.1 Estratégias de Adaptação ................................................................................... 17

5.1.2 Temperatura do ar e evapotranspiração ............................................................. 19

5.2 Radiação Solar e Agricultura ...................................................................................... 20

5.3 Radiação Solar e a Vida nos Mares ........................................................................... 26

5.4 A Radiação Solar e o Ser Humano ............................................................................ 27

5.5 Crime e Temperatura ................................................................................................. 28

6. Considerações Finais ....................................................................................................... 30

7. Referências Bibliográficas ................................................................................................ 31

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Tipos de Radiação por comprimento de onda (Espectro visível da Luz) ........ 7

Figura 2. Comprimento de ondas do Espectro Visível da Luz ....................................... 7

Figura 3. Balanço de radiação da Terra: onda curta e longa ....................................... 11

Figura 4. Equipamentos utilizados para medir radiação e insolação ........................... 12

Figura 5. Demonstração do funcionamento do efeito estufa ....................................... 14

Figura 6. Demonstração do balanço de energia .......................................................... 15

Figura 7. Esquema de fotoperiodismo ........................................................................ 18

Figura 8. Marcha de ETp, calculada segundo Thomthwaite, da evaporação à sombra, obtida em evaporímetro de Piche, da umidade relativa do ar e da precipitação pluvial, para a localidade de Ribeirão Preto, SP. Valores mensais médios para o período de 1950 a 1960. ..................................................................................... 20

Figura 9. Casa de vegetação ...................................................................................... 23

Figura 10. Radiação e reirradiação em superfícies vegetadas .................................... 24

Figura 11. Esquema simples de fotossíntese .............................................................. 26

Figura 12. Zonas do oceano ....................................................................................... 27

Figura 13. Comparação entre temperatura do ar e a ocorrência de Crimes Contra a Pessoa na cidade de Belém-PA .......................................................................... 29

Figura 14. Comparação entre temperatura do ar e a ocorrência de Crimes Contra o Patrimônio na cidade de Belém-PA ..................................................................... 29

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O Balanço de Radiação e sua importância para os seres vivos

1. Introdução

A radiação solar é a principal fonte de energia para os processos físicos,

químicos, fisiológicos e biológicos que ocorrem na biosfera. Sendo assim, o

conhecimento da quantidade de radiação solar que chega à superfície é de extrema

importância para diversas atividades antrópicas, principalmente se tratando do

aproveitamento racional dos recursos naturais.

A vida animal e vegetal na superfície terrestre é função do condicionamento da

energia disponível. A energia disponível, além de condicionar os mecanismos

fisiológicos dos seres vivos, também estabelece os diferentes fenômenos físicos

continuamente (OMETO,1981). Assim, o balanço de radiação é utilizado nos

processos de: aquecimento do ar e do solo; transferência da água, na forma de vapor,

da superfície para a atmosfera através da evapotranspiração; e é utilizado no

metabolismo das plantas, especialmente na fotossíntese.

Este trabalho segue no intuito de levantar uma discussão sobre a importância

do balanço de radiação para os seres vivos, englobando a vegetação natural, a

vegetação cultivada (agricultura), a sociedade humana e a vida nos mares.

Porém, antes de se chegar a este tópico será realizado um resgate dos

principais conceitos que norteiam o assunto, levantando citações de grandes autores,

principalmente no que se refere à definição científica do conceito de balanço de

radiação. Após isso também será levantado a temática do efeito estufa, no sentido de

explicar as relações entre a radiação emitida pelo Sol e a radiação refletida, absorvida

e emitida pelo sistema Terra-Atmosfera, e os efeitos desse fenômeno sobre a vida na

biosfera.

2. Resgate dos conceitos principais que norteiam o tema

2.1 Radiação Solar

Todos os corpos sejam eles geleiras, nuvens, pessoas, objetos, planetas,

fornos, estrelas emitem ou refletem energia radiante. Quanto maior a sua temperatura,

mais emitem. Se nosso planeta estivesse isolado no espaço, iria emitindo radiação,

perdendo energia térmica e resfriando-se. Como estamos perto do Sol, o que a Terra

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perde para o espaço é compensado pela radiação solar que é absorvida de nossa

estrela. O Sol está a 5770K (mais ou menos 5500°C). Sua superfície emite 68 milhões

de watts por cada metro quadrado. A Terra se encontra a 150 milhões de kilômetros

de distância, de forma que a radiação que chega a nossa órbita é apenas 1360

watts/m2 (S = constante solar).

A temperatura (média) de nosso planeta fica em torno de 15°C. Os continentes,

os oceanos, as nuvens e os gases atmosféricos absorvem a radiação de ondas curtas,

emitindo e absorvendo radiação térmica (ou de onda longa), de acordo com suas

temperaturas e sua composição física e química e trocam calor entre si de diversas

formas: misturando massas de ar, transportando massas de vapor e calor sensível,

evaporando e precipitando água (processos termodinâmicos).

A distribuição horizontal e vertical da temperatura, umidade e ventos (incluida

a presença de nuvens, aerossol e diversos gases atmosféricos) influenciam no

balanço de energia sobre um dado local ou região. Esse balanço é variável no tempo

mas tende a "fechar" em cada local no período de um ano. Suas características

definem o clima regional. Os satélites meteorológicos permitem o sensoriamento

remoto da atmosfera e da superfície terrestre. Eles transportam sensores que medem

diversas características da radiação que emerge do planeta. Com base nestas

medidas, pode-se deduzir a temperatura e composição da atmosfera em diversas

altitudes (perfis atmosféricos). A vantagem dos satélites é que permitem observar

continuamente e com detalhes grandes áreas do planeta.

A radiação é medida com base na concepção da luz entendida como ondas,

daí podermos separar os tipos de radiação de acordo com o comprimento de ondas e

partir disso chegar aos dados por exemplo da temperatura média de cada faixa de

comprimento de onde dentro do espectro da luz visível ou não.

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Espectro EletromagnEspectro Eletromagnééticotico

Figura 1. Tipos de Radiação por comprimento de onda (Espectro visível da Luz)

RadiaRadiaçção solarão solar

Figura 2. Comprimento de ondas do Espectro Visível da Luz

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Tabela 1. Cores e comprimento de ondas do Espectro de Radiação

Cores λ (µm)

Violeta 0,38 a 0,42

Azul 0,42 a 0,49

Verde 0,49 a 0,54

Amarelo 0,54 a 0,59

Laranja 0,59 a 0,65

Vermelho 0,65 a 0,76

2.2 Albedo

Em termos gerais, o albedo é a medida da quantidade de radiação solar

refletida por um corpo ou uma superfície, sendo calculado como a razão entre a

quantidade de radiação refletida e a quantidade de radiação recebida. Em termos

geográficos, o albedo representa a relação entre a quantidade de luz refletida pela

superfície terrestre e a quantidade de luz recebida do Sol.

Esta relação varia fortemente com o tipo de materiais existentes à superfície:

por exemplo, em regiões cobertas por neve, o albedo ultrapassa os 80%, enquanto

num solo escuro, não vai além dos 10%. Na sua globalidade, o albedo médio da

Terra é de cerca de 37%. O albedo varia também com a inclinação (ou obliqüidade)

dos raios solares - quanto maior essa inclinação, maior será o albedo.

2.2.1 Fatores que influenciam o albedo da Terra

Os principais fatores que influenciam o albedo na Terra são:

1. Quantidade e tipos de nuvens na atmosfera

2. Quantidade de material particulado na atmosfera

3. Quantidade de neve e corpos d'água na superficie

4. Tipo de cobertura vegetal, incluindo as culturas agrícolas

5. Tipo de cobertura artificial do solo nos meios urbanos

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6. Tipo de solo nos terrenos arados

7. Quantidade de água retida pelas partĩculas dos solos

2.3 Insolação Solar

A quantidade de energia solar que chega, por unidade de tempo e por unidade

de área, a uma superfície perpendicular aos raios solares, à distância média Terra-Sol,

se chama constante solar.

Em geral estamos interessados em conhecer a quantidade de energia por

unidade de área e por unidade de tempo que chega em um determinado lugar da

superfície da Terra, que chamamos insolação do lugar. A insolação varia de acordo

com o lugar, com a hora do dia e com a época do ano.

3. O Balanço de Radiação Solar

3.1 Introdução e Definições

Para entendermos melhor o que vem a ser o balanço de radiação, achamos melhor

expor as definições segundo alguns autores ou órgãos de pesquisa. Essas definições,

propositalmente, estão em ordem cronológica, para notarmos qualquer modificação

em seu conceito com o passar dos anos.

A começarmos pelo professor Tubelis (1937), o balanço de radiação de uma

superfície é a contabilização entre o recebimento e a devolução de radiação por essa

superfície. Para ele, a soma dos balanços de radiação de ondas curtas e longas é

denominada de balanço de radiação ou saldo de radiação.

Já Ayoade (1988), fala que balanço de radiação significa a diferença entre a

quantidade de radiação que é absorvida e emitida por um dado corpo ou superfície.

Em geral, o balanço de radiação na superfície terrestre é positivo de dia e negativo à

noite. Também no decorrer do ano como um todo, o balanço de radiação na superfície

da Terra é positivo, enquanto o da atmosfera é negativo. Para o sistema Terra-

atmosfera como um todo, o balanço é positivo entre as latitudes de 30ºS e 40ºN, e

negativo no restante. Esses padrões de balanço de radiação têm implicações na

circulação geral da atmosfera.

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Segundo o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), balanço de

radiação é a diferença entre a entrada e a saída de elementos de um sistema. As

componentes principais do sistema terrestre importantes para o balanço de radiação

são: superfície, atmosfera e nuvens. Esta breve explicação se traduz na singela

expressão: Entrada - Saída = Balanço.

Porém para que possamos entender esse processo mais claramente,

precisamos fazer uma diferenciação de alguns tipos de radiação e resgatar alguns

conceitos de climatologia, que é o que faremos agora.

3.2 Radiação Solar e Terrestre

Todos os corpos (geleiras, nuvens, pessoas, objetos, planetas, fornos, estrelas)

emitem ou refletem energia radiante. Quanto maior as suas temperaturas mais

emitem. Se nosso planeta estivesse isolado no espaço, iria emitindo radiação,

perdendo energia térmica e resfriando-se. Como estamos perto do Sol, o que a Terra

perde para o espaço é compensado pela radiação solar que é absorvida de nossa

estrela.

Verifica-se que a grande parte da radiação emitida pelo Sol se encontra na

faixa espectral em torno de 0,5 m. E a radiação terrestre se concentra na faixa de 10

m. Por esta razão, a radiação solar é denominada radiação de ondas curtas e a

terrestre radiação de ondas longas.

Como ilustra a Figura 3 , os continentes, os oceanos, as nuvens e os gases

atmosféricos absorvem a radiação de ondas curtas, emitindo e absorvendo radiação

térmica (ou de onda longa), de acordo com suas temperaturas e sua composição física

e química e trocam calor entre si de diversas formas: misturando massas de ar,

transportando massas de vapor e calor sensível, evaporando e precipitando água

(processos termodinâmicos).

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Figura 3. Balanço de radiação da Terra: onda curta e longa

3.3 Processos que Atenuam a Entrada de Radiação Solar na Superfície

Terrestre

O primeiro é o espalhamento pelas partículas da atmosfera, tais como

moléculas dos gases, cristais e impurezas. Embora a radiação solar incida em linha

reta, os gases e aerossóis podem causar o seu espalhamento. Esta insolação difusa é

constituída de radiação solar que é espalhada ou refletida de volta para a Terra

causando claridade do céu durante o dia e a iluminação de áreas que não recebem

iluminação direta do Sol.

O segundo processo de atenuação é a absorção seletiva por certos

constituintes atmosféricos para certos comprimentos de onda (oxigênio, ozônio, gás

carbônico e vapor d’água são os principais absorvedores). Quando uma molécula

absorve energia na forma de radiação esta energia é transformada em movimento

molecular interno causando o aumento da sua temperatura. Por isso, os gases que

absorvem melhor a radiação têm papel importante no aquecimento da atmosfera.

O terceiro processo é a reflexão e absorção pelas nuvens. O albedo dos topos

de nuvens depende de sua espessura, variando de menos de 40% para nuvens finas

a 80% para nuvens espessas. Já o albedo da Terra como um todo é 30%.

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No capítulo 4, no item que vai tratar do balanço de energia do Sistema Terra-

Atmosfera, será quantificado de maneira mais precisa esses processos que atenuam a

entrada de radiação solar na superfície terrestre.

3.4 Instrumentos que Medem a Radiação Solar

Actinógrafo é um instrumento usado para medir a radiação global (Figura 4).

Este instrumento é composto de sensores baseados na expansão diferencial de um

par bimetálico. Os sensores são conectados a uma pena que, quando de sua

expansão, registram o valor instantâneo da radiação solar. Sua precisão encontra-se

na faixa de 15 a 20% e é considerado um instrumento de terceira classe.

O heliógrafo é um aparelho usado para indicar a insolação atmosférica em uma

dada localização (Figura 4). Os raios solares são focalizados por uma esfera de cristal

em uma fita de papelão. A insolação é dada pelo comprimento da carbonização da fita.

Os satélites meteorológicos permitem o sensoriamento remoto da atmosfera e

da superfície terrestre. Eles transportam sensores que medem diversas características

da radiação que emerge do planeta. Com base nestas medidas, pode-se deduzir a

temperatura e composição da atmosfera em diversas altitudes (perfis atmosféricos). A

vantagem dos satélites é que permitem observar continuamente e com detalhes

grandes áreas do planeta.

Actinógrafo bimetálico

Heliógrafo

Figura 4. Equipamentos utilizados para medir radiação e insolação

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4. O efeito estufa

Efeito Estufa é um fenômeno natural causado pelo acúmulo de gases na

atmosfera, principalmente vapor d’água e dióxido de carbono, que provocam a

retenção do calor na superfície da Terra. Esse fenômeno natural age mantendo a

temperatura da Terra acima da que seria na ausência de atmosfera, permitindo assim

que ocorra a vida da forma como a conhecemos, pois se não houvesse o efeito estufa

a temperatura média da Terra seria de -18° C, ao invés dos 15°C que se tem hoje.

Alguns gases que compõe a atmosfera permitem a passagem da radiação

solar (em ondas curtas), e absorvem grande parte do calor (a radiação infravermelha

térmica – ondas longas), emitido pela superfície aquecida da Terra. Esse mecanismo

impede que o calor em forma de radiação infravermelha volte diretamente para o

espaço.

A radiação infravermelha é capturada pelos gases estufa que se aquecem e

aumentam a temperatura do ar. Os principais gases do efeito estufa são o vapor de

água e o dióxido de carbono (CO2). Vale ressaltar que ao contrário da radiação de

onda curta emitida pelo Sol, a radiação da Terra ocorre sob a forma de onda longa

(radiação infravermelha) e é por isso mais facilmente absorvida pelo vapor de água e

dióxido de carbono existentes na atmosfera. Da radiação emitida pelo globo terrestre

(a parte sólida da Terra), cerca de 90% é absorvida pela atmosfera, que irradia cerca

de 80% de novo para o solo. Deste modo, a atmosfera atua como uma estufa.

A Figura 5 a seguir, retirada do site do INPE, demonstra o funcionamento do

efeito estufa.

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Figura 5. Demonstração do funcionamento do efeito estufa

4.1 Balanço de energia

Da forma como está composto atualmente, o sistema Terra-Atmosfera está em

equilíbrio, pois toda a energia que entra é igual a energia que sai.

O Sol emite radiação de onda curta, sendo que essa emissão fornece a

energia para toda a vida natural e movimentos no nosso planeta. Quando atinge a

Terra a radiação solar é refletida, retrodifundida e absorvida por vários elementos,

sendo que 6% dessa radiação é retrodifundida para o espaço pelo ar, 20% é refletida

pelas nuvens e 4% pela superfície da Terra. Sendo assim constata-se que 30% da

radiação é refletida diretamente para o espaço. As nuvens absorvem 3% da radiação

solar restante, ao passo que o vapor de água, as poeiras, o O3 e outros componentes

no ar contam com mais 16% de absorção. Portanto apenas 51% da radiação solar

incidente atinge verdadeiramente a superfície terrestre.

A Figura 6 a seguir, retirada do site do INPE demonstra e quantifica esses

mecanismos.

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Figura 6. Demonstração do balanço de energia

Para que haja o equilíbrio energético, toda a radiação absorvida pela Terra

deve ser emitida novamente para o espaço. Porém, se houver um aumento do gás

carbônico, que vem sendo favorecido pela poluição oriunda das atividades antrópicas,

poderá ocorrer um aumento do efeito estufa e, portanto, sairá menos radiação do que

entra, causando um desequilíbrio no balanço de energia. Essa diferença causará o

aquecimento da baixa atmosfera, aumentando a temperatura média da Terra e

causando diversos desequilíbrios ambientais.

4.2 Conseqüências do aumento do efeito estufa

De acordo com a literatura são várias as possíveis conseqüências que o

aumento dos gases do efeito estufa podem estar causando, ressaltando que esse

processo é potencializado pelas atividades humanas poluidoras. A seguir serão

destacados alguns dos possíveis desequilíbrios ambientais causados pelo aumento da

temperatura média da Terra:

Aumento do nível dos oceanos: com o aumento da temperatura média no

mundo, está em pauta o derretimento das calotas polares. Ao aumentar o nível da

águas dos oceanos, podem ocorrer, futuramente, a submersão de muitas cidades

litorâneas;

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Crescimento e surgimento de desertos: o aumento da temperatura provoca

a morte de várias espécies animais e vegetais sensíveis a alterações ambientais,

desequilibrando vários ecossistemas. Somado ao desmatamento que vem ocorrendo,

principalmente em florestas de tropicais, a tendência é aumentar cada vez mais as

regiões desérticas do planeta Terra;

Aumento de furacões, tufões e ciclones: o aumento da temperatura das

águas oceânicas faz com que ocorra maior evaporação, potencializando estes tipos de

catástrofes climáticas;

Ondas de calor: regiões de temperaturas amenas têm sofrido com as ondas

de calor. No verão europeu, por exemplo, tem se verificado uma intensa onda de calor,

provocando até mesmo mortes de idosos e crianças.

5. A Importância do Balanço de Radiação para os seres vivos

5.1 Radiação Solar e Plantas

A vida é a mais elaborada forma já identificada de processamento de matéria,

necessitando de energia para a sustentação de seus processos. Segundo Gates

(1965) e citado por Leitão & Oliveira (2000, apud Mendonça e Batista, 2008), os

vegetais absorvem cerca de 50% da radiação de ondas curtas incidentes e 97% da

radiação de ondas longas proveniente da atmosfera. A razão entre as radiações de

ondas curtas refletidas e incidentes é denominada coeficiente de reflexão ou albedo. O

desenvolvimento de uma planta ou o processamento de alimentos em um animal são

demandas bioquímicas, de transformação energética. Uma simples folha de qualquer

vegetal não poderia se formar se não fosse a energia radiante recebida do Sol, que

permite a fotossíntese (Menezes & Canato Júnior, 2001, apud Mendonça e Batista,

2008), formando os carboidratos ou hidratos de carbono (açúcares, amido e celulose).

Os açúcares são misturas heterogêneas de composição variável sendo fornecedores

de parte da energia para a sobrevivência dos seres vivos. (Pitombo & Lisboa, 2001,

Mendonça e Batista, 2008). O açúcar da cana é o exemplo mais comum de sacarose.

Se aceita hoje que, entre as condições planetárias básicas para que possa

existir vida tal como a conhecemos, seja essencial a presença de água no estado

líquido, em quantidade suficiente e energia solar em quantidade adequada,

fornecendo luz e calor (Pitombo & Lisboa, 2001, apud Mendonça e Batista, 2008).

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Na superfície do planeta, a radiação solar condiciona a evaporação da água

em superfícies líquidas e do solo úmido e é necessária para o desenvolvimento

vegetal.(Henrique, 2006, apu Mendonça e Batista, 2008). Sendo também fator

condicionante das temperaturas do ar e do solo (Pereira et al., 2002, apud Mendonça

e Batista, 2008).

5.1.1 Estratégias de Adaptação

A habilidade do indivíduo em competir em condições de maior ou menor

luminosidade depende de estruturas morfológicas e fisiológicas (estratégias

adaptativas). Por exemplo, já que altura da planta em relação a altura da comunidade

determina em grande parte a quantidade de luz recebida, ramos lenhosos permitem o

desenvolvimento em altura e a obtenção de mais luz, mas essas estruturas usam

energia e nutrientes que são limitados e poderiam ser alocados pela planta a outras

estruturas. Com efeito, se observa que a taxa de crescimento diminui no sentido algas-

ervas-arbustos-árvores (Tilman 1988, apud Pillar, 1995).

Pelo mesmo motivo, algas podem sobreviver com muito menos luz (ponto de

compensação mais baixo) do que plantas terrestres porque apresentam menor

proporção de tecidos não fotossintetizantes (Daubenmire 1974, apud Pillar, 1995).

Sementes de árvores são mais pesadas do que as de ervas, pois quando há menos

luz as plântulas (embrião vegetal já desenvolvido e ainda encerrado na semente) têm

que dispor de mais reservas (Tilman 1988, apud Pillar, 1995).

Plantas são classificadas ecologicamente de acordo com seus requerimentos

relativos de luz e sombra. São heliófitas as que crescem melhor em locais bem

iluminados e umbrícolas as que crescem melhor com menor intensidade luminosa. Na

verdade, em condições naturais, o fato de uma planta preferir condições de maior ou

menor luminosidade não pode ser isolado de outros fatores, como temperatura,

umidade do solo, vento etc., que variam concomitantemente com a radiação solar.

Com efeito, tem sido observado que alguns caracteres morfológicos e anatômicos

associados a heliofitismo também estão associados a xeromorfismo (necessidade de

pouca água). Assim, folhas tendem a ser menores e mais espessas com o aumento da

intensidade de luz através do dossel - estrato superior da formação vegetal nas

florestas - (Schimper 1898:8, Cain et al. 1951, Parkhurst & Loucks 1972, Lausi & Nimis

1986, Bongers & Popma 1988, apud Pillar, 1995), folhas compostas são mais comuns

em plantas que invadem espaços iluminados deixados por árvores mortas (Givnish

1978, Stowe & Brown 1981, apud Pillar, 1995), as folhas são mais inclinadas e tendem

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a apresentar células menores e isodiamétricas em plantas mais altas em vegetação

desértica (Lausi & Nimis 1986, apud Pillar, 1995), a densidade de estômatos

(estruturas celulares que têm a função de realizar trocas gasosas entre a planta e o

meio ambiente) é maior em heliófitas e xerófitas (Lausi et al. 1989, apud Pillar, 1995),

e folhas com estômatos em ambas a as faces da folha são mais freqüentes em plantas

que crescem em sítios ensolarados ou mais secos (Wood 1934, Lausi et al. 1989,

apud Pillar, 1995).

A duração do fotoperíodo (duração do dia) funciona como um regulador de

processos de diferenciação nas plantas. O estímulo é percebido pelo pigmento

fitocromo nas folhas e transmitido a outras partes da planta. Durante o ano, na medida

em que o fotoperíodo se modifica diferentes processos na planta são ativados ou

desativados quando a duração do dia, indicando a estação, se torna adequada. Pelo

processo de seleção natural as plantas tendem a ajustar-se aos ciclos climáticos

anuais de tal forma que pelo menos alguns de seus processos são controlados pelo

ciclo anual de fotoperíodos. Assim, por exemplo, espécies com florescimento

determinado pelo fotoperíodo têm ocorrência restrita a latitudes onde podem manter

uma disseminação eficiente. Quanto à duração do dia, plantas de dias curtos

apresentam resposta quando o período de iluminação passa a ser inferior a um certo

número de horas por dia, e plantas de dias longos apresentam resposta quando o

período de iluminação passa a ser superior a um certo número de horas por dia.

Figura 7. Esquema de fotoperiodismo

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Quanto maior a superfície contínua da folha, mais espessa é a camada limite

porque é mais difícil o fluxo livre do ar ao redor da folha. Portanto, folhas grandes têm

menor perda por convecção do que folhas pequenas ou folhas compostas, e tendem a

aquecer mais quando expostas a sol. Folhas pequenas ou folhas compostas trocam

calor mais rapidamente, e assim mantém-se em temperaturas mais baixas (Givnish

1979, apud Pillar, 1995).

Givnish (1979, apud Pillar, 1995) explica o valor adaptativo da variação do

tamanho de folha considerando o seu efeito na temperatura da folha e na taxa de

respiração. A camada mais fina de ar associada à superfície de folhas menores

permite que troquem calor mais rapidamente do que folhas maiores, evitando portanto

um aumento excessivo de temperatura e os custos adicionais em tecido improdutivo

(não fotossintético) como raízes e xilema associados com o aumento da transpiração

decorrente do aumento da temperatura. Portanto, folhas menores são mais eficientes

quando a umidade do solo é limitante.

5.1.2 Temperatura do ar e evapotranspiração

O aquecimento e resfriamento do ar são determinados pelo balanço de

radiação da superfície do solo e vegetação. As trocas de calor do ar com as

superfícies se dão por condução e convecção, gerando movimentos turbulentos do ar

(vento). Junto com o calor, o vento transfere vapor d'água, energia cinética, gás

carbônico e poluentes. O movimento de massas de ar em escala continental determina

em grande parte o clima regional. Latitude, altitude e distância de grandes corpos

d'água (continentalidade) são os fatores mais importantes que afetam a variação

geográfica da temperatura. A temperatura de um corpo d'água se altera mais

lentamente do que a superfície terrestre porque a água reflete mais radiação, perde

calor por evaporação, tem um calor específico alto, e redistribui o calor através de

convecção. Assim, as variações diárias e anuais de temperatura são maiores em

locais mais distantes do mar. O efeito da continentalidade é maior no hemisfério norte.

O clima também é afetado por correntes marinhas. Correntes quentes transferem calor

de latitudes mais baixas para latitudes mais altas; correntes frias fazem o inverso.

O conceito de evapotranspiração potencial, o mais significativo avanço no

conhecimento dos aspectos da umidade climática, foi introduzido em 1944 por

Thornthwaite, quando trabalhava com problemas de irrigação, no México (MATHER,

1958). A evapotranspiração potencial (ETp) passou a ser considerada, como a chuva,

20

um elemento meteorológico padrão, fundamental, representando a chuva necessária

para atender às carências de água da vegetação.

Figura 8. Marcha de ETp, calculada segundo Thomthwaite, da evaporação à

sombra, obtida em evaporímetro de Piche, da umidade relativa do ar e da

precipitação pluvial, para a localidade de Ribeirão Preto, SP. Valores mensais

médios para o período de 1950 a 1960.

O Evaporímetro de Piche se constitui em um Aparato para medir a quantidade

de água que se evapora na atmosfera durante um intervalo de tempo dado a partir de

um papel de filtro poroso na parte inferior, permanentemente umedecido com água

destilada. as unidades são o mL e o mm de água evaporada.

5.2 Radiação Solar e Agricultura

Como já apresentado algumas páginas atrás, o sol é a principal fonte de

energia para a superfície da Terra. Existem outras fontes de calor, tais como o calor do

centro da Terra e os materiais radioativos que existem no interior do planeta, porém se

desconsiderarmos essas fontes, o erro é desprezível para o estudo dos processos

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físicos e biológicos existentes no campo da agrometeorologia. A radiação solar,

principalmente no que diz respeito à agricultura é tratada no campo da

agrometeorologia, e esses estudos que tratam sobre a energia recebida do sol são

fundamentais em numerosos campos da ciência pura e aplicada, pois todo organismo,

planta ou animal na superfície da Terra está mergulhado neste ambiente de radiação,

respondendo de acordo. Também chamada de meteorologia agrícola, esse ramo da

ciência tem como principal objetivo melhorar a produção agrícola pela previsão mais

precisa e pelo controle do meio atmosférico. O desenvolvimento da meteorologia

agrícola depende da compreensão das respostas biológicas ao meio atmosférico, mais

do que simplesmente a compressão do meio atmosférico.

Em agricultura, a produção agrícola é diretamente proporcional a intensidade

de radiação solar que incide sobre uma determinada área, quando não existem outros

fatores limitantes como falta de água, deficiência de elementos minerais, má estrutura

do solo etc. Assim a importância da radiação solar para a agricultura pode ser definida

como a exploração da radiação solar, desde que haja um suprimento de água e

nutrientes para manutenção e crescimento das plantas (Monteith, 1958). A quantidade

de radiação solar que atinge a superfície da Terra em dado local, tempo e época do

ano são fundamentais para a produtividade de uma cultura, devido a sua

proporcionalidade com relação à quantidade e distribuição durante o ano. A planta

responderá a quantidades instantâneas da radiação solar e valores máximos durante o

dia são críticos para determinados processos da planta, por exemplo, crescimento,

fotossíntese, aumento de peso úmido, reserva de açúcar, absorção de água etc.,

dependem, sobretudo da quantidade de radiação solar que atinge a planta nas

diversas horas do dia. A temperatura da planta, que governa a taxa de processos

biológicos, depende da radiação solar incidente sobre a planta.

A intensidade da radiação afeta separadamente o desenvolvimento das células

vegetais, por exemplo, uma planta que tem seu habitat num ambiente escuro,

experimenta queimaduras e perfurações, principalmente provocadas pelos raios

ultravioleta, quando exposta diretamente à radiação solar. A Comissão Holandesa de

Irrigação Vegetal (1953) (citado por Mota, 1979) estabeleceu os efeitos específicos

causados por determinadas faixas do espectro solar, estabelecendo oito divisões, com

características próprias, que são:

1a faixa: Radiação com comprimento de onda maior que 1,0 mícronmetro (m)

Não causa danos às plantas e é absorvida. O aproveitamento é sob a forma

de calor, sem que haja interferência com os processos biológicos.

22

2a faixa: Radiação entre 1,0 m e 0,72 m

Esta é a região que exerce efeito sobre o crescimento das plantas. O trecho

mais próximo a 1,0 m é importante para o fotoperiodismo, germinação de

sementes, controle de floração e coloração do fruto.

3a faixa: Radiação entre 0,72 m e 0,61 m

Esta região espectral é fortemente absorvida pela clorofila. Gera forte

atividade fotossintética, apresentando em vários casos, também, forte

atividade fotoperiódica.

4a faixa: Radiação entre 0,61m e 0,51 m

É uma região espectral de baixo efeito fotossintético e de fraca ação sobre

a formação da planta. Corresponde à região verde do espectro.

5a faixa: Radiação entre 0,51 m e 0,40 m

Esta é essencialmente a região mais fortemente absorvida pelos pigmentos

amarelos e pela clorofila. Corresponde a parte do azul e parte do violeta do

espectro de radiação solar, e é também, região de grande atividade

fotossintética, exercendo ainda vigorosa ação na formação da planta.

6a faixa: Radiação entre 0,40 m e 0,32 m

Esta faixa exerce efeitos nocivos na formação do vegetal. As plantas

tornam-se mais baixas e as folhas mais grossas.

7a faixa: Radiação entre 0,32 m e 0,28 m

É prejudicial à maioria das plantas.

8a faixa: Radiação com comprimento de onda menor do que 0,28 m

Mata rapidamente as plantas submetidas a esta faixa de radiação solar.

23

Essa divisão por faixas do espectro é importante até mesmo para a adequação

ou ambientação das plantas em diferentes locais do planeta. Além disso, em casa de

vegetação onde a radiação solar precisa ser complementada por outra fonte de

energia, considerando que em alguns lugares o número de horas de brilho solar é

pequeno, lâmpadas incandescentes são usadas para a geração de radiação na faixa

do espectro correspondente ao vermelho e ao amarelo e, algumas vezes na faixa do

infravermelho (próximo) e pequenas quantidades na faixa do azul e do violeta. Por

exemplo, algumas espécies vegetais como girassol, repolho, alface, espinafre,

rabanete e outras são extremamente sensíveis a deficiência de radiação na faixa do

azul ao violeta, reagindo com forte elongação. Para tanto, lâmpadas de mercúrio com

bulbos de quartzo ou tubos luminosos cheios de vapor de mercúrio, devem ser

incluídos, por emitirem radiação com comprimentos de onda correspondentes do azul

ao violeta e ultravioleta.

Figura 9. Casa de vegetação

A transferência de calor nas plantas que assim como os animais precisam

regular suas temperaturas para funcionar a um ótimo de eficiência fisiológica são

conseguidos através de três mecanismos, que são a transpiração, convecção e

radiação. A temperatura das plantas afeta a atividade fotossintética embora a

24

fotossíntese seja primariamente dependente da luz. O processo de fotossíntese

aumentará ou diminuirá, se a temperatura das plantas subir ou diminuir muito, e

atingirá um ótimo num nível intermediário de temperatura. A radiação é

quantitativamente o mais importante dos três processos para regulação de

temperatura e com relação a esta, existem duas formas que são as radiações solar e

termal. A radiação solar é absorvida pelas plantas de maneira diferente para cada

comprimento de onda do espectro. A radiação termal é a energia emitida por qualquer

objeto mais quente que o zero absolutos. Objetos com a temperatura entre zero e 50

ºC por exemplo, irradiam somente em comprimentos de onda infravermelho.

Figura 10. Radiação e reirradiação em superfícies vegetadas

A energia solar que incide numa arvore ou em um pé de milho, inclui não

somente a luz solar direta, mas também a luz solar que foi dispersa pela atmosfera e a

luz solar que é refletida debaixo para cima pela superfície pela superfície da terra e de

cima para baixo pelas nuvens. A radiação solar afeta a superfície da terra somente

entre o nascer e o pôr do sol. A radiação termal, por outro lado está sempre presente

25

no ambiente emitindo constantemente energia. Ao fim de um dia a quantidade total de

energia termal irradiada do solo e da atmosfera pode ser igual ou exceder a radiação

solar. Se as plantas continuamente absorvessem energia, sem dissipar nenhuma, a

sua temperatura aumentaria constantemente até sofrer a morte pelo calor. Entretanto

mais da metade da energia que elas absorvem é dissipada pela reirradiação.

Descrevendo sobre a radiação solar, comunidade vegetal e a agricultura em

geral, a radiação solar incidente sobre um dossel (comunidade de plantas), as plantas

vão alterar não somente a quantidade de radiação que chega ao solo, mas também a

qualidade desta radiação. Devido ao fato de a radiação ser absorvida,

preferencialmente na faixa do visível as propriedades espectrais da luz no interior de

um dossel são importantes para o desenvolvimento das plantas, as relações hídricas e

outros

A quantidade e qualidade (distribuição espectral) da radiação de ondas curtas

têm papel importante na regulação do crescimento e desenvolvimento vegetal.

Segundo Best (1962) citado por Mota (1979) os efeitos da radiação solar sobre uma

planta podem ser classificados das seguintes maneiras: processos de fotoenergia que

inclui a fotossíntese, e processos de fotoestímulos que incluem os processos de

movimento e de formação das plantas. Em geral, os processos de fotoenergia

requerem uma intensidade de radiação mais alta do que os processos de

fotoestímulos. Os processos formativos são freqüentemente determinados pelas

extensões relativas de luz e períodos escuros, aos quais as plantas são expostas.

Este fenômeno é conhecido como fotoperiodismo.

Da radiação solar que chega a superfície da terra, parte é utilizada pelas

plantas para a síntese de ligações químicas ricas em energia e compostos de carbono

reduzidos (açúcares). Este processo é chamado de fotossíntese e é característicos

das plantas e o principal responsável pela introdução da energia livre na biosfera, e

conseqüentemente, pela produtividade primária dos ecossistemas. Para que ocorra o

efeito direto na radiação é necessário que ela seja absorvida por pigmentos

(fotorreceptores) responsáveis pela iniciação dos processos. Em termos da

fotossíntese o principais pigmentos responsáveis pela absorção da radiação solar

pelas plantas são as clorofilas. O espectro de absorção destes elementos se

assemelha bastante ao espectro de ação da fotossíntese mostrando, desta forma que

são elas (as clorofilas) os principais responsáveis pelo processo de fotossíntese. Esta

radiação compreendida entre os comprimentos de onda de 0,4 – 0,7 m e é chamada

de radiação fotossinteticamente ativa. Os efeitos da radiação solar sobre a

fotossíntese ocorrem na absorção da luz pelas moléculas de clorofila, que resulta uma

26

série de processos físicos-químicos e metabólicos culminando com a produção de

carboidratos. A fotossíntese pode ser dividida em três processos principais:

fotoquímico, onde a luz é o elemento principal, gerador do processo de transferência

de energia através de uma cadeia de transporte de elétrons, e bioquímico, onde

processos enzimáticos ativados (em alguns casos pela luz) vão unir o CO2 atmosférico

com a ribose 1,5 bisfosfato, gerando ao final açúcares mais complexos (glicose e

sacarose).

Figura 11. Esquema simples de fotossíntese

5.3 Radiação Solar e a Vida nos Mares

As radiações solares que chegam até o planeta produzem efeitos de luz e calor

sobre os mares. Esses efeitos variam com a profundidade: quanto mais profundas

forem as regiões do mar, menos luz e calor elas recebem. Por causa disso, surgem

regiões muito diferentes, que tornam possível a existência de uma grande variedade

de seres vivos. Podemos assim observar três regiões distintas: eufótica, disfótica e

afótica.

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Figura 12. Zonas do oceano

Zona eufótica - Região de grande luminosidade, que vai até aproximadamente

oitenta metros de profundidade. Aí a luz penetra com grande intensidade,

possibilitando um ambiente favorável à vida de organismos fotossintetizantes, como as

algas, e muitos animais que se alimentam delas.

Zona disfótica - Região em que a luz apresenta dificuldade de penetrar,

tornando-se difusa. Esta região vai até cerca de duzentos metros de profundidade e

também abriga organismos fotossintetizantes, embora em proporção menor que a da

zona eufótica.

Zona afótica - Região totalmente escura, que vai além dos duzentos metros de

profundidade. Aí não é possível a existência de animais herbívoros.

5.4 A Radiação Solar e o Ser Humano

A percepção fisiológica da temperatura experimentada pelos seres humanos é

conseqüência da vestimenta usada por eles, e dependerá da temperatura do ar. As

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conseqüências do calor, sendo o aumento dos ritmos cardíacos, a elevação da

temperatura do corpo, a dilatação dos vasos e a transpiração, provocariam hesitação,

agressividade e explosões emocionais.

5.5 Crime e Temperatura

A temperatura do ar está diretamente relacionada com a chegada de energia

solar à superfície do planeta, ocorrendo as máximas, normalmente, entre 14 e 15

horas e as mínimas, antes do nascer do sol.

Pode-se citar como outro exemplo o fato de que a temperatura experimentada

por um organismo vivo, incluindo o homem, conhecida como temperatura fisiológica,

depende da temperatura do ar e também da taxa de perda de calor proveniente

daquele organismo. Isto quer dizer que a temperatura fisiológica é uma função do

meio ambiente térmico circundante e da eficiência e da velocidade da evaporação, que

são elementos meteorológicos (Ayoade, 1996, apud Silva Jr., Farias e Oliveira, 2002).

Um estudo feito por João de Athaydes Silva Júnior, Lídia Maria G. Farias e

Maria do Carmo Felipe de Oliveira, respectivamente Aluno de Graduação em

Meteorologia da UFPa; Professora do Departamento de Meteorologia da UFPa e

Aluna de Graduação em Direito da UFPa, para o XII Congresso Brasileiro de

Meteorologia, Foz de Iguaçu-PR, de 2002 tem entre outras a intenção de relacionar

variação anual da criminalidade com a variação anual da temperatura média do ar na

Grande Belém, usando dados da temperatura do ar média mensal, referentes ao

período de 1997 e 1998, da Estação Meteorológica nº 82193 do INMET/2ºDISME.

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Figura 13. Comparação entre temperatura do ar e a ocorrência de Crimes Contra

a Pessoa na cidade de Belém-PA

Figura 14. Comparação entre temperatura do ar e a ocorrência de Crimes Contra

o Patrimônio na cidade de Belém-PA

Segundo os gráficos acima, são estabelecidas relações entre a temperatura e

o aumento da criminalidade contra a pessoa e o patrimônio, dando à notar que do

aumento da temperatura, há um aumento na criminalidade.

Se fizermos um analise dos gráficos acima, notaremos realmente um aumento

da taxa de criminalidade junto com o aumento de temperatura, porém, é necessário

lembrar que a criminalidade analisada sem o fator aumento de temperatura, tem seus

outros elementos de subidas e quedas, não implicando desta forma na seguinte

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questão: Temperatura baixa/criminalidade baixa, temperatura média/criminalidade

média e temperatura alta/criminalidade alta durante o decorrer do ano. Os quadros

apresentados acima indicam tão e somente que em picos elevados de temperatura há

um aumento no número de crimes.

6. Considerações Finais

Este trabalho contribuiu para ampliar nossos conhecimentos sobre os efeitos e

importância da radiação solar como um todo, atingindo uma abrangência de análise

muito importante no que tange à formação curricular da geografia, fazendo uma ponte

intrínseca entre conceitos de áreas diversas da Ciência.

Por se tratar de um tema amplo e complexo, é contundente relevar o caráter

preliminar de tal trabalho, pois há muito o que se aprofundar, em todas as questões

referentes à radiação solar, balanço de radiação e tudo o que estiver no âmbito da

análise da Luz como componente e estruturante da vida e do meio.

31

7. Referências Bibliográficas

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Janeiro: Bertrand Brasil. 2002, 332 p. (Trad. Maria Juraci Zani dos Santos).

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EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL , Bragantia vol.59 no.2 Campinas 2000,

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MOTA, FERNANDO SILVEIRA DA, 1929 – Meteorologia Agrícola/ FERNANDO

SILVEIRA DA MOTA. – SÃO PAULO : NOBEL, 1983. (BIBLIOTECA RURAL).

OMETO, J.C. - Bioclimatologia Vegetal, Editora Agronômica Ceres Ltda. São

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Silva Junior, J. A.; Farias, L. M. G.; Oliveira, M. C. F. ESTUDO COMPARATIVO

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CRIMINALIDADE NA GRANDE BELÉM-PA, XII Congresso Brasileiro de

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